关于矿区岩体力学参数确定方法的讨论

时间：2024-08-31

摘要：矿区的岩体力学参数的确定对于采矿作业十分关键的一环。本文讨论了矿区取样静力学实验，利用RMR法对数据进行修正，介绍了霍克布朗强度准则和岩体抗压、抗拉强度计算方法。

关键词：采矿;岩体;力学参数

矿区的岩体力学参数其主要目的是用于理论分析与数值分析软件模拟，因此得首先获得矿区岩石的力学参数，接下来由具体公式计算出岩体的力学参数，再结合矿区的工程资料综合分析。值得我们注意的是，从矿区岩体力学参数确定的方法不仅需要工程资料提供的数据，室内实验室提供的数据还需要强度准则换算公式，最后通过计算机数值模拟才能得出对实际工程有指导意义的参数数据[1]。

1. 矿区取样静力学实验

本文主要通过矿区提供的基本资料、取样结果，进行实验以及根据强度准则换算公式[2]等获得矿区边坡岩体必要的力学参数。主要包括为：单轴抗压强度、弹性模量、泊松比等。

本文主要是对采场西区域的岩体进行重点研究，根据地质资料介绍，区域主要岩石主要是：角砾岩、黏土层、灰岩以及斑岩。因此本次取样的岩石主要包括：灰岩、斑岩以及角砾岩。

从矿区取回的样品，根据岩石力学实验基本要求，进行切割、打磨制成标准试件为50mm、100mm。实验利用600KN 电液式压力试验机，通过轴向位移控制。

根据单轴抗压强度[3]计算公式（1）：

2. RMR法数据修正

RMR法于1973年Bieniawski首次提出，是一种岩体质量评价常用的方法[4]。主要包括：单轴抗压强度、岩石质量指标、节理间距、节理条件及地下水5种指标以及一個修正评分值。

RMR岩体质量评价修正数据方法将数据按照5种指标分别分类为R1＼R2＼R3＼R4＼R5，并根据数据和实际情况赋予评分值。最后按照节理走向或倾角分非常有利、有利、一般、不利、非常不利进行修正赋分。

最后将6个评分值相加即为相对应的RMR数值

3. 岩体力学参数转换计算

3.1霍克布朗强度准则

岩体是一种特殊材料，岩体力学特性，特别是反应力作用状态下的力学特性，受成岩缺陷和构造损伤所形成的软弱结构面所制约，其强度属损伤破裂后的残余强度值。其工程设计所需的有关力学参数，难以由单纯的室内外科学试验的成果来确定，须采用试验加经验法来确定。所谓经验法是指由比尼沃斯基1973年提出的岩体权值（RMR）系统，也称地质力学分类，并在众多工程应用中得到了很大改进。1980年霍克-布朗提出使用RMR分类确定岩体强度的准则。他们汇总了大量实际工程资料，通过试验，采用理论与试验相结合，建立了岩石破坏时，应力之间的数学表达式。

3.2 岩体抗压、抗拉强度计算

通过RMR值可以推导出GSI值：

灰岩：GSI=RMR-5=25-5=20

斑岩：GSI=RMR-5=30-5=25

角砾岩：GSI=RMR-5=21-5=16

根据各种岩石的Mi的参数值，代入（5）式中得到三种岩石的m，s值。

再根据H-B破坏准则表达式中，令 =0 时，即得到相对应岩体的抗压强度：

而岩体的抗拉强度采用岩体抗压强度的 1/10，因此，三种岩体的抗压、抗拉强度参数分别为：

4. 小结

通过对矿区进行现场调查，获取矿区地勘部分资料，以及现场取样进行室内试验得到了各种岩体的抗压强度参数;利用霍克布朗强度准则以及地质强度指标推算出mi、s的值，然后推导出各种岩体的抗压强度、抗拉强度。

参考文献：

[1]南英华. 安家岭井工1矿开采沉陷数值模拟岩体力学参数确定[D].中国地质大学（北京），2012.